SYNOPSYS 光学设计软件课程五：改进另一个程序设计的透镜
[@K#BFA
\ct7~!qM
在本课中，我们将应用一些最新的工具，来判定透镜的性能是否可以进一步提高。 ?
}t[
这是初始结构，包含三个视场点的MTF曲线。 （输入MMF，选择多色选项，然后单击执行。）（下图中开关85打开后，显示红色的红外波长。）  _}G1/`09#
RLE \M(#FS
ID EXAMPLE LENS 53 Owt|vce T
WAVL .7150000 .7100000 .7050000 H!6nIS9yxt
CORDER 1 3 2 $ /R r|<
APS -11 WB Oebv
TEMPERATURE 30.00000 7Qoy~=E
WAP 3 &v}c3wL]
GTZ uPZ<hG#K
UNITS MM vdS)EIt
OBB 0.000000 15.20000 6.24500 -13.54114 0.00000 0.00000 pXL@&]U+
6.24500 Cx,) $!1
0J
\hku\
0 AIR . |d2s
1 CV 0.0000000000000 TH 4.50000000 $)(K7> P
1 N1 1.45505601 N2 1.45516542 N3 1.45527657 O C qI
1 DNDT 1.090E-05 9.960E-06 9.700E-06 3.65000E-01 "V7
SB
1 CTE 0.500000E-06 @ckOLtxE>
1 GTB U 'FUSILICA ' e3YdHp
2 CV 0.0000000000000 TH 1.00000000 AIR XMJ EIG
3 RAD 31.3000000000000 TH 9.80000000 |~V`Es +j
3 N1 1.73585988 N2 1.73610163 N3 1.73634814 7E 4Xvg+c
3 CTE 0.806000E-05 j4C{yk
3 GTB S 'N-LAF2 ' Lc0yLm
4 RAD 111.9000000000000 TH 1.50000000 AIR IJnh@?BC
5 RAD 28.2100000000000 TH 4.00000000 XwerQwO=
5 N1 1.51269554 N2 1.51282313 N3 1.51295285 '5:P,1tW U
5 CTE 0.710000E-05 $d[ -f eU
5 GTB S 'N-BK7 ' WZ#|?pJ
6 RAD 14.2600000000000 TH 8.50000000 AIR BkO)hze
7 RAD -46.1600000000000 TH 3.40000000 b0vbE8wa
7 N1 1.51269554 N2 1.51282313 N3 1.51295285
fa=OeuI
7 CTE 0.710000E-05 0SJ7QRo|K
7 GTB S 'N-BK7 ' "@h 5
SF
8 RAD 19.3000000000000 TH 3.00000000 AIR \ Gzo^w
9 RAD 28.1400000000000 TH 4.80000000 f D>0
9 N1 1.51269554 N2 1.51282313 N3 1.51295285 "?[7oI}c&
9 CTE 0.710000E-05 E\ 'X|/$a
9 GTB S 'N-BK7 ' l>H G|ol
10 RAD -47.0000000000000 TH 1.00000000 AIR ;: 0g N|+
11 CAO 4.90993000 0.00000000 0.00000000 q%^vx%aL\
11 CV 0.0000000000000 TH 13.20000000 AIR q1d'L *
12 RAD -24.2000000000000 TH 3.20000000 P2 Or|_z
12 N1 1.83018573 N2 1.83066058 N3 1.83114590 "q'9 -lk
12 CTE 0.846000E-05 uI'g]18Hi
12 GTB S 'N-SF57 ' [u =DAk?8
13 RAD 150.0000000000000 TH 1.20000000 AIR g;M\4 o
14 RAD 269.0000000000000 TH 10.00000000 K% Gbl#
14 N1 1.51269554 N2 1.51282313 N3 1.51295285 `6t3D&.u0
14 CTE 0.710000E-05 #h#Bcv0 Z
14 GTB S 'N-BK7 ' UdSu:V |
15 RAD -22.6200000000000 TH 1.00000000 AIR $!ms av
16 RAD -1000.0000000000000 TH 6.70000000 7+h*&f3>
16 N1 1.73585988 N2 1.73610163 N3 1.73634814 INHN=K Y{
16 CTE 0.806000E-05 rX8EXraO
16 GTB S 'N-LAF2 ' Ya_4[vR<
17 RAD -48.1100000000000 TH 1.00000000 AIR [xVE0l*\
18 RAD 70.1900000000000 TH 6.20000000 0 CJ4]mYl
18 N1 1.73585988 N2 1.73610163 N3 1.73634814 i N}B Md.U
18 CTE 0.806000E-05 9hG+?
18 GTB S 'N-LAF2 ' h0N*hx
19 RAD -725.0000000000000 TH 2.00000000 AIR X>
*o\
20 CV 0.0000000000000 TH 3.60000000 &M,"%w!
20 N1 1.51269554 N2 1.51282313 N3 1.51295285 tv_Cn
w
20 CTE 0.710000E-05 >v+ia %o
20 GTB S 'N-BK7 ' })l+-H"
21 CV 0.0000000000000 TH 36.90500000 AIR , yC-QFQE
22 CV 0.0000000000000 TH 0.00000000 AIR ]/d4o
END j Z'y_
>:Zl YZ6sI
该透镜在近红外光工作，工作数 F / 3.5，且是远心的，具有低畸变，受衍射限制。 初步评价，这种设计并不差，只有不到1/4波长的像差。 _n3Jf<Y
视场上的最大畸变刚刚超过½微米，远心距离的最大偏差约为0.01弧度。 性能还不错- 但如果我们能够进一步提高它的性能，这将为我们提供更多的公差余地。 N1V qK
这是我们的优化MACro： F C= %_y
CHG Wu
71q=
WAP 1 ! keep entering beam diameter constant over field VH{SE7
19 UMC -0.14286 ! maintain F/number W
biUz2)
CFREE ! remove the clear aperture at the stop END J-W, ^%
.2 xp.i{
PANT O ).1>
VY 0 YP1 ! let the program find the best stop location \w
6%J77
VLIST RAD ALL ! all radii will change except 19 and the flat windows %5_eos&<^)
VLIST TH ALL EXCEPT 1 LB2 ! and all thicknesses except 1 and 20 zr0_SCh;2
END ,x+_/kqx
`TkI yGr
AANT 1%L* 9>e
AEC ! monitor feathered edges ;z9(
ACC ! and keep thicknesses less than 25.4 mm y> S.B/ d
M 89.6 1 A TOTL ! keep total lens length constant n\2VrUQ)M
M 0 50 A GIHT ! control distortion at full field S P YA 1 >4d2IO1\
TsPO+x$l
M 0 50 A GIHT ! and at half field DIV CONST 2 ;3n0 bKD Y
O= 1uF
S P YA .5 Ru?Ue4W^b
}P$48o VY
M 0 20 A P HH .7 ! control telecentricity at 0.7 field ;8 ~`fK
O_f|R1G5z
GSO 0 0.1 5 M 0 ! correct OPDs of ray grids at three fields GNO 0 0.05 4 M .7 s0Ii;7fA{
GNO 0 0.05 4 M 1 END @o+T<}kW X
[Cz.K?+#M
SNAP ! get snapshot every iteration lLHHuQpuj
SYNO 30 ! optimize for 30 cycles. tR5zlm (}
7"f$;CN ?~
（创建这组光线网格像差的最简单方法是使用MACro编辑器中的Ready Made Raysets按钮。在这种情况下，我们选择了第8组，它创建了横向目标和OPD目标，然后选择删除横向目标 并且在全视场增加OPD目标的权重.Bare-bones Rayset对话框也可以这样做，然后有更多选项。） a9GOY+;bf
我们进行优化，然后运行模拟退火几个周期。 透镜有所改善。 FhB^E$r%
现在让我们使用一些强大的工具。 首先，我们运行自动元件删除功能。 这会找到可以移除的元件，而对评价函数的性能降低最小。 为此，我们只需添加该行命令 R g &6J#h
AED 3 Q 3 19 ! find which element to delete between surfaces 3 and 19. 9p !V?cH#8
x5m
.MQ J
将该命令加到PANT命令之前，然后重新优化。 该程序显示可以移除表面14处的镜片。 我们允许它删除该元件，然后对其进行优化和模拟退火（在注释掉AED行之后，我们不会删除另一个元件或删除顶部的CHG文件）。 RB_7S!qC5
正如预期的那样，透镜性能有所下降，但仍然不错。 现在我们将使用元件自动插入功能，以查看透镜是否会恢复到以前的镜片数，结果是否比起始透镜更好？ vd-`?/ ,||
为此，我们将AED线更改为 H ^Xw<Z=
AEI 3 3 17 0 ! insert one element between surfaces 3 and 17. 6| #^4D)
`n:IXD5'
并再次运行MACro。 （如果您有多核电脑，则在MACro的顶部还应添加以下命令，其中nb是核心数。 这将以更快的速度运行AEI。） V/+r"le
CORE nb )_T[thf]
RR:m <9l
在MACro的顶部，其中nb是核心数。 这将以更快的速度运行AEI。） uNnwz%w
程序在表面12之前插入了一个元件。我们添加一个新变量 L{~L6:6An
VY 12 GLM xIF
z@9+k
u+s #Fee I
到PANT文件，所以新元件上的玻璃模型可以变化，注释掉AEI命令行，重新优化并模拟退火。 %^" T z,f
该程序已将透镜内的孔径位置移动到9.如果透镜有固定孔径，我们可以在该元件上切一个凹槽，并获得极好的性能 - 但如果没有，我们会为表面11分配一个真正的孔径，移除 YP1的变量，并再次重新优化。我们得到如下透镜：  ?ZSG4La\
RLE Be2 @9
ID EXAMPLE LENS 141 `QR2!W70o3
WAVL .7150000 .7100000 .7050000 w2~(/RgO
i~z:Fe{
CORDER 1 3 2 ,ewg3mYHC&
APS -11 bF' ~&<c
TEMPERATURE 30.00000 n/s!S &
WAP 1 6mEW*qp2F
GTZ -3Vx jycY
UNITS MM bm1ngI1oI
OBB 0.000000 15.20000 6.24500 -11.63722 0.00000 0.00000 7F`QN18>(
6.24500 aQN`C {nY
0 AIR B>o\;) l3O
1 CV 0.0000000000000 TH 4.50000000 nl5K1!1
1 N1 1.45505601 N2 1.45516542 N3 1.45527657 %> i7A?L
1 DNDT 1.090E-05 9.960E-06 9.700E-06 3.65000E-01 i TD}gC
1 CTE 0.500000E-06 ~>D;2 S(a
1 GTB U 'FUSILICA ' Sct-, K%i
2 CV 0.0000000000000 TH 1.00000000 AIR $t 1]w]}d
3 RAD 31.7420365099046 TH 4.89311077 ]Vl5v5_
3 N1 1.73585988 N2 1.73610163 N3 1.73634814 *^c4q|G.-
3 CTE 0.806000E-05 qB]z"Hfq,
3 GTB S 'N-LAF2 ' HcHfw Lin0
4 RAD 205.8474850968830 TH 6.35592001 AIR ]qXH alHY
5 RAD 31.8551157618315 TH 1.39568729 .2
UUU\/5
5 N1 1.51269554 N2 1.51282313 N3 1.51295285 j Xi<ZJ
5 CTE 0.710000E-05 ;y 6Jo
5 GTB S 'N-BK7 ' gKb 4n
Nt
6 RAD 12.9057883346246 TH 7.19477052 AIR (L|SE4
7 RAD -23.8475364230033 TH 1.00000000 h%+8}uywZ
7 N1 1.51269554 N2 1.51282313 N3 1.51295285 u{H,i(mx?
7 CTE 0.710000E-05 M=o,Sav5*
7 GTB S 'N-BK7 ' 9aZ3W<N`M
8 RAD 18.0286949741191 TH 1.24241640 AIR j\dkv_L
9 RAD 21.7606620988429 TH 11.21030691 ~JLqx/[|s
9 N1 1.51269554 N2 1.51282313 N3 1.51295285 $'9r=#EH
9 CTE 0.710000E-05 /gy;~eB01
9 GTB S 'N-BK7 ' N>ct`a)BD/
10 RAD -27.0144706600627 TH 1.00000000 AIR QJdSNkc6
11 CV 0.0000000000000 TH 15.36917292 AIR }~QB2&3
12 RAD -221.0555600124851 TH 3.83402160 `y YgL@Zt
12 GLM 1.73264979 52.69907560 #yr19 i ?
13 RAD -18.9307423606996 TH 1.00000000 AIR tO[+O=d
14 RAD -18.3189387535143 TH 1.00000790 ).oqlA !
14 N1 1.83018573 N2 1.83066058 N3 1.83114590 Rdt8jY6F/
14 CTE 0.846000E-05 h *%T2
14 GTB S 'N-SF57 ' &p ;};n
15 RAD 77.6676600402005 TH 8.59463594 AIR Z(as@gj H
16 RAD -98.5742040515266 TH 3.91807638 D4'XBXmb
16 N1 1.73585988 N2 1.73610163 N3 1.73634814 hD >:WJ
16 CTE 0.806000E-05 N8D'<BU C
16 GTB S 'N-LAF2 '
b 1[U 9
17 RAD -31.6148606190401 TH 5.55657931 AIR \|62E):i1
18 RAD 90.9510179315515 TH 5.93527419 Go`omh
b
18 N1 1.73585988 N2 1.73610163 N3 1.73634814 x ;Gyo
18 CTE 0.806000E-05 #mkr]K8A4
18 GTB S 'N-LAF2 ' )7j" OE
19 RAD -60.9109375555036 TH 1.00003786 AIR 8!UZ..
19 CV -0.01641741 )&dhE^
O
19 UMC -0.14286000 mH{cGu?
20 CV 0.0000000000000 TH 3.60000000 (
?/0$DB
20 N1 1.51269554 N2 1.51282313 N3 1.51295285 ?sS'T7r
v
20 CTE 0.710000E-05 :!} zdeRJ
20 GTB S 'N-BK7 ' 6J|f^W-fs
21 RAD -1.1487695061324E+17 TH 43.52197472 AIR (6h7 'r $
21 CV -8.70496644E-18 $\^]MxI
21 UMC -0.14286000 o~4 n8
22 CV 0.0000000000000 TH 0.00000000 AIR akCl05YW
END !@YYi[Gk
v$tS 2N2
该程序在表面14处移除了原始透镜元件，并在12处更换了新镜片。最大畸变现在约为1/4微米（是原来的一半）。 然后，我们在表面12处用玻璃模型替换了表面3上使用的玻璃，并重新优化，几乎没有性能损失。 （当您自己学习这些课程时，由于退火阶段的随机性，您可能会得到略微不同的结果。）
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